硅酸乙酯--水玻璃复合型壳在精密铸造中的应用
摘要:介绍了硅酸乙酯--水玻璃涂料的配制过程及复合型壳工艺。复合型壳工艺用于精铸件的生产,面层、第二层用硅酸乙酯石英粉涂料,从第三层开始采用水玻璃石英粉、铝矾土涂料。结果表明,与原水玻璃型壳相比,硅酸乙酯水玻璃复合型壳强度好,尤其表面质量好,铸件的表面粗糙度达到Ra3.2左右,在成本增加不大的情况下,能较大幅度的提高铸件的综合性能,表现出了良好的综合效益。该工艺较适合于原来水玻璃型壳旧工艺、旧车间的技术改造。
目前,国内有较多原来应用水玻璃型壳的精铸厂及车间,为了提高铸件的表面质量及自身的竞争能力,以适应当前迅速发展的工业及国外市场的需要,已经逐步开发了对旧车间、旧工艺的改造,采用新的硅酸乙酯、硅溶胶工艺,增设新的生产线,添置设备进行试生产。但是,由于采用新工艺、新生产线所需的设备费用巨大,硅酸乙酯、硅溶胶原材料价格不断上涨以及单一涂料生产工艺仍存在着不足,为
了在提高精铸件质量的前提下节约费用、降低成本、提高生产率,我们在生产实践中尝试采用硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺替代原来单一的水玻璃型壳工艺,即用硅酸乙酯作粘接剂,面层增加两层撒砂工序,加强层涂料在对原型壳工艺做适当调整的情况下,继续采用水玻璃工艺,已经取得了比较好的效果。本文以作者从事熔模精密铸造的实践经验及在该复合工艺研究、应用过程中得到的有关资料、数据为依据,介绍硅酸乙酯和水玻璃涂料的配制过程及硅酸乙酯--水玻璃的复合型壳工艺。
1、实验条件
实验所用原材料技术要求见表1。
2、实验结果与分析
2.1硅酸乙酯涂料的配制
用硅酸乙酯水解液添加石英粉做面层和第二层涂料。根据生产时的具体情况,涂料的配制可采用复合水解、也可采用一次水解工艺。
硅酸乙酯复合水解液的配方见表2。配料时可以按照表中各种材料的比例进行换算。
首先将硅酸乙酯和酒精按需要用量分别称量，并将其倒
入涂料桶中搅拌,使其混合均匀,同时分别将盐酸和蒸馏水
按需用量注入另一个容器中混合成酸化水,备用;经搅拌的
硅酸乙脂和酒精混合液在搅拌情况下,不断的加入石英粉(石
英粉的量为硅酸乙酯质量的3.9~4.0倍),全部加完后,再
继续搅拌10min后,石英粉与混合液得以充分调和,然后即
可在搅拌的情况下加入附加物硫酸搅拌5min后,就将准
备好的酸水缓慢地注入涂料桶内,直至加完,继续搅拌40~
60min,这时停止搅拌,2min后测量密度应为1.69~1.71(夏
令季节配置为下限,冬令季节则选配上限值),在此过程中
应控制涂料温度在50+5℃。
一次水解液的配方见表3。一次水解液配制时将全部用量的酒精、蒸馏水倒入水解器中搅拌2min。在搅拌的情况下,依次加入盐酸,醋酸,硫酸继续搅拌2~3min后,缓慢地加入硅酸乙脂,水温应控制在40~50?,水温过高要停加硅酸乙酯,通入冷却水。加完硅酸乙酯后,继续搅拌1h,通水冷却到30?以下,放入瓶中,密封待用。
水解后取样分析SiO2,当质量稳定时允许抽查,一周内至少抽查一次;水解液存放2h之后,方可送去配料,存放期不能超过1周,特别是首层用的水解液质量要求应严格。
按一次水解液(石英粉=1(2的质量比称料,并将定量的硅酸乙酯水解液加入涂料桶中;在搅拌中逐渐加入石英粉,搅拌均匀后,测定涂料密度。面层涂料密度d=1.62~1.65g/cm3,第二层涂料密度:d=1.56~1.60g/cm3;配置好的涂料加盖存放,置于阴凉不通风处,静置40min以上,待气体完全排出后方可使用。
凡硅酸乙酯复合水解的涂料使用不宜超过3天,冬天允许不超过1周,在使用期限内的涂料允许混入新水解的涂料内使用。当涂料密度过大时,可用普通水解的硅酸乙酯溶液调整。涂料隔日使用时,发现密度过大,允许用酒精调整。
2.2硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺
(1)硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺见表4。根据铸件质量技术要求,硅酸乙酯涂料可以涂两层,也可只涂表面一层。
涂料使用前搅拌,使涂料无沉淀。涂料时,将模组倾斜浸入耐火涂料中,缓慢旋转及上下移动数次,稍停片刻后,提出模组于空气中徐徐转动,以利涂料层均匀分布和让多余涂料自由流归涂料桶,面层要重复涂挂1~2次;面层、第二层模组均匀涂挂涂料后,将其平放在沸腾的砂床中挂砂(面层、第二层撒砂粒度为0.425~0.212mm);模组前二层硅酸乙脂涂料挂砂后,经过一定的自然干燥时间,然后进入氨干箱里面进行硬化。
其工艺要点为:①干燥和硬化时,要求制壳工作场地温度在18~20?,相对湿度为45%~80%;浓度为25%~30%的氨水,其有效工作期为5h,当浓度小于15%时则不应使用,其用量为30~60个模组,需用氨水250~300mL,模组多于60组者,氨水用量可以酌情增加。如用氨气硬化时,其流量15L/min;②硅酸乙酯涂层的干燥和硬化是熔剂和水分的蒸发及粘结剂成分的转化过程,随着干燥的进行,涂层中的有机硅聚合物将逐渐转变成硅凝胶,使型壳硬化。若涂料层未充分硬化,即开始浸涂下一层,涂料中的乙醇等熔剂在渗入前一层型壳时,会使粘结剂发生溶涨,因而使涂层鼓起、开裂、翘起,甚至剥落。但是,第二层硅酸乙酯涂料的干燥、硬化时间也不宜过长,以免影响与水玻璃涂料的粘结效果。
(2)加固层水玻璃涂料加固层水玻璃涂料的工艺条件为:)水玻璃型壳工艺用于复合型壳加强层的三、四、五、六层涂料,采用原机械化生产线;?硬化剂系用氯化氨的饱和水溶液。热风采用蒸气散热片加热鼓风空气的形式,涂料线运行速度2m/min;+涂料的粉状材料为50%石英粉,50%铝矾土,第三层的水玻璃涂料粉液质量比为1：1,石英砂粒度为0.850/0.425mm,第四层以后各层水玻璃涂料粉液质量比为1.00：1.12~1.20,石英砂粒度均为1.700/0.850mm。
工艺要点为:①每一层涂料涂挂完毕后,要充分干燥硬化后,才可以涂下一层。加固层的干燥对型壳的强度和质量有较大的影响。因此对于机械化型壳生产线的干燥和硬化过程来讲,确保干燥、硬化的时间尤为重要。第三层到第六层涂料硬化前热风温度、硬化剂温度为32~35?、硬化后热风温度为40~45?,硬化时间见表4;②对于硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺来讲,为了防止第二层与第三层型壳因粘结剂的改变而发生分层现象,第三层水玻璃涂料的流杯粘度应比原工艺中水玻璃涂料的流杯粘度适当降低,石英砂的粒度应由原来的1.700/0.850mm目调整为0.850/0.425mm。而第四层以后的水玻璃涂料的流杯粘度、石英砂粒度继续按原水玻璃型壳工艺执行。
(3)热水脱蜡
制壳完成后,型壳放置12h后脱蜡。脱蜡过程要求为:检查型壳的浇口顶部,除掉多余的壳层;脱蜡水中加入浓度为3%~5%的氯化氨以维持脱蜡水的酸性,使型壳在脱蜡时,得到补充硬化;正常情况每半月更换一次脱蜡水;用蒸汽加热脱蜡水,热水温度控制在96%~98%,(防止沸腾),脱蜡时间不宜过长,一般为15~20min,特殊情况应控制在30min之内;用干净的热水冲洗型壳内腔1~2次;型壳脱蜡后倒放搁置。
(4)焙烧
脱蜡后的壳型到焙烧前的存放时间应大于12h,但也不宜超过2天,以免硅酸乙酯面层型壳起皮、粉化、脱落而降低型壳的质量;由于是硅酸乙酯--水玻璃复合型壳,所以焙烧温度选为900~950℃,保温2±0.5h,出炉后立即浇注;焙烧良好的型壳表面呈白色,出炉时不应冒黑烟;型壳重复焙烧的次数,最多不宜超过2次。
3、复合工艺的应用
经过对原水玻璃涂料的轻型悬挂输送线进行设备改造后,采用硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺用于生产,经脱蜡、焙烧、清理、浇注、喷砂后检验表明:与原水玻璃型壳相比,型壳强度好,尤其表面质量好,铸件的表面粗糙度明显下降,可达Ra3.2左右(水玻璃型壳的铸件表面粗糙度一般约为Ra=12.5~6.3左右,全硅溶胶、硅酸乙酯型壳的铸件一般为Ra=3.2~1.6),尺寸精度达到CT3~CT4,而成本与全硅酸乙酯型壳相比却有大幅度的降低,仅略高于全水玻璃型壳,表现出了良好的综合效益。
4、结论
(1)硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺为:面、二层用硅酸乙酯石英粉涂料,从第三层开始采用水玻璃石英粉、铝矾土涂料,其关键是面层、第二层、第三层涂料与撒砂的配比与控制。
(2)硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺是一种简单实用的工艺,成本低,生产效率高,所需生产设备的投资费用也不大,较适用于原水玻璃型壳旧工艺、旧车间的技术改造。
(3)从应用效果看,硅酸乙酯水玻璃复合型壳工艺虽比单一水玻璃涂料的制壳工艺要复杂些,但这种型壳强度好,尤其表面质量好,表现出了良好的综合效益。对于某些表面质量要求高而用水玻璃型壳不易达到要求的精铸件,采用硅酸乙酯--水玻璃复合型壳是解决问题的途径之一。
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